WO2015182428A1 - 測定プローブ、測定装置およびアタッチメント機構 - Google Patents

Abstract

　容易に衛生を確保することができる測定プローブを提供する。指先（９０）に対して励起光を照射することによって生じた蛍光を受光する測定プローブ（１）は、上記励起光を照射する照射部と、上記蛍光を受光する受光部と、上記照射部または上記受光部の先端部に配されたスリーブ（１６）と、上記照射部または上記受光部の先端面（１４Ｉ）に配された透光性の石英板（１５）と、を備える。スリーブ（１６）には、石英板（１５）を着脱可能に受け入れる開口部が形成されている。

Description

測定プローブ、測定装置およびアタッチメント機構

　本発明は、生物試料内の蛍光物質から生じる蛍光を受光する測定プローブに関する。

　近年、食生活の欧米化に伴い、生活習慣病患者が増加し、医学的、社会的に深刻な問題となっている。現在、日本における糖尿病患者は８００万人、その予備軍を含めると２０００万人にのぼるとも言われている。糖尿病の三大合併症は、「網膜症、腎症、神経障害」であり、さらに糖尿病は動脈硬化症の要因ともなり、心臓疾患や脳疾患までもが懸念される。

　糖尿病は、食習慣や生活習慣の乱れ、肥満による脂肪細胞からの分泌物の影響、酸化ストレスから、すい臓の機能が低下し、血糖値をコントロールするインシュリンが不足したり、効能が低下したりすることで発症する。糖尿病にかかると排尿の回数や量が増える、喉が渇く等の症状があらわれるが、これだけであれば病気だという自覚症状が無く、病院等での検査により発覚することが殆どである。このことが、「サイレント」な糖尿病患者が多い理由である。

　病院等で、合併症による異常な症状が現れてからでは、すでに病状が進行していることが多く、完治することは難しい。特に合併症は治療が困難なものが多く、他の生活習慣病と同様に予防が重要視されている。予防を行うためには早期発見と治療効果判定が不可欠であり、それを目的とした糖尿病の検査が多数存在している。

　血中に異常な量の糖質や脂質が存在する環境下で、酸化ストレスが加わると、タンパク質と糖質または脂質とが反応を起こし、ＡＧＥｓ（Advanced Glycation Endproducts；後期糖化反応生成物）が生成される。ＡＧＥｓはタンパク質の非酵素的糖付加反応（メイラード反応）により形成される最終生成物であり、黄褐色を呈し、蛍光を発する物質であって、近くに存在するタンパク質と結合して架橋を形成する性質を有している。

　このＡＧＥｓは、血管壁に沈着、侵入したり、免疫システムの一部を担うマクロファージに作用してタンパク質の一種であるサイトカインを放出させ、炎症を引き起こしたりして、動脈硬化を発症させると言われている。

　糖尿病の場合、血糖の上昇に伴い、ＡＧＥｓも増加するので、ＡＧＥｓをモニタリングすることで、糖尿病の早期発見、あるいは進行状況を把握することができる。このように、ＡＧＥｓをモニタリングすることで、真正糖尿病をスクリーニングする手法として、例えば特許文献１に記載の方法が報告されている。

　この方法では、前腕の皮膚に励起光を照射し、皮膚コラーゲンに結合したＡＧＥｓからの蛍光スペクトルを測定し、測定した蛍光スペクトルと予め決定されたモデルとを比較することでＡＧＥｓをモニタリングしている。これにより、侵襲することなくＡＧＥｓのデータを取得している。

日本国特許公報「特表２００７－５１０１５９号公報（２００７年４月１９日公表）」

　特許文献１に開示された方法においては、生体（または生物試料）への励起光の照射により励起されたＡＧＥｓに由来する蛍光を受光する測定プローブ（光学プローブ）が用いられている。このため、当該測定プローブの先端に被験者の前腕（測定対象部位）を接触させることにより、当該蛍光の受光が可能となっている。

　しかしながら、特許文献１では、生体への励起光の照射により励起されたＡＧＥｓに由来する蛍光を受光する測定プローブを衛生的に使用するための構成については考慮されていない。

　このため、測定プローブの先端を被験者の前腕（測定対象部位）に接触させて測定するごとに、アルコール等による測定プローブの先端の消毒が必要であった。それゆえ、測定プローブの衛生を容易に確保することができないという問題がある。

　本発明は、上記の問題を解決するためになされたものであり、その目的は、容易に衛生を確保することができる測定プローブを提供することである。

　上記の課題を解決するために、本発明の一態様に係る測定プローブは、生物試料に対して励起光を照射することによって生じた蛍光を受光する測定プローブであって、上記励起光を照射する照射部と、上記蛍光を受光する受光部と、上記照射部または上記受光部の先端部に配された支持部材と、上記照射部または上記受光部の先端面に配された透光性の保護部材と、を備え、上記支持部材には、上記保護部材を着脱可能に受け入れる開口部が形成されている。

　本発明の一態様によれば、測定プローブの衛生を容易に確保することができるという効果を奏する。

本発明の実施形態１に係る測定プローブの詳細な構成を示す図であり、（ａ）は、指先が測定台に載せられている状態を示す図であり、（ｂ）は、（ａ）の測定プローブの先端面付近の拡大図である。 本発明の実施形態１に係る測定装置の構成を示す図である。 本発明の実施形態１に係る測定プローブの概略的な構成を示す図である。 ＡＧＥｓにおける励起光の波長と蛍光の波長との関係を示す図である。 本発明の実施形態１の比較例としての測定プローブの詳細な構成を示す図であり、（ａ）は、指先が測定台に載せられている状態を示す図であり、（ｂ）は、（ａ）の測定プローブの先端面付近の拡大図である。 従来の測定プローブによって被検体を測定した場合の蛍光強度の波形（スペクトル）と、比較例としての測定プローブによって被検体を測定した場合の蛍光強度の波形とのそれぞれを示す図である。 様々な測定条件において被検体（蛍光板）を測定した場合の蛍光強度の波形を示す図である。 本発明の実施形態２に係る測定プローブの詳細な構成を示す図であり、（ａ）は、測定プローブの先端面付近の拡大図であり、（ｂ）は、測定プローブのアタッチメント機構の分解組立図である。 本発明の実施形態３に係る測定プローブの詳細な構成を示す図であり、（ａ）は、キャップによって石英板が固定される前の状態を示す図であり、（ｂ）は、キャップによって石英板が固定された後の状態を示す図である。 本発明の実施形態４に係る測定プローブの詳細な構成を示す図であり、（ａ）は、第１の例を、（ｂ）は、第２の例を示す図である。

　〔実施形態１〕
　本発明の実施形態１について、図１～図７に基づいて説明すれば、以下の通りである。

　（測定装置１）
　図２は、本実施形態の測定装置１の構成を示す図である。測定装置１は、制御装置１００および測定部材配置部１１０を備える。図１では、被験者の指先９０（生物試料）を測定対象部位として、指先の血管内に存在するＡＧＥｓに由来する蛍光が測定される構成が例示されている。

　しかしながら、ＡＧＥｓ由来の蛍光を検出する対象である測定対象部位は、生体の一部（被験者の身体の部位の一部）であればよく、必ずしも指先９０に限定されなくともよい。例えば、測定対象部位は、被験者の腕または手首等であってもよい。

　さらに、ＡＧＥｓ由来の蛍光を検出する対象は、生体の一部から採取され、生体活動が停止した生体組織であってもよい。それゆえ、測定装置１の測定対象には、生体組織診断（バイオプシー）の評価対象となる各種の生物試料が含まれ得る。

　（測定部材配置部１１０）
　測定部材配置部１１０は、測定プローブ１０、光源１０１、および検出器１０２（検出部）を備えている。すなわち、測定部材配置部１１０は、ＡＧＥｓに由来する蛍光を測定するための部材を備えている。

　測定部材配置部１１０には、指先挿入部１２０が設けられている。指先挿入部１２０は、挿入孔１２２を有している。挿入孔１２２は、被験者が指先９０を測定装置１の内部に挿入するための空間を形成する開口部である。

　測定部材配置部１１０は、測定台１２１を有している。測定台１２１は、被験者が指先９０を載せるための部材である。測定台１２１は、指先挿入部１２０と連通する部分に配置されている。

　測定台１２１には、後述する測定プローブ１０からの励起光を取り出すために、直径５～１０ｍｍの穴が設けられている。当該穴には、後述する石英板１５（保護部材）およびスリーブ１６（支持部材，第１支持部材）を備えた測定プローブ１０が挿入される。

　なお、測定対象部位が被験者の腕または手首等である場合には、指先挿入部１２０は、必ずしも設けられる必要はない。

　（測定プローブ１０の概略的な構成）
　図３は、測定プローブ１０の概略的な構成を示す図である。測定プローブ１０は、測定対象部位に対して励起光を照射する照射部と、励起光が測定対象部位に照射されることによって生じる蛍光を受光する受光部として機能する。すなわち、測定プローブ１０は、照射部と受光部との組み合わせである。

　図３に示すように、測定プローブ１０は、入射・出射同軸系光ファイバを備えている。具体的には、測定プローブ１０は、光源１０１からの励起光を測定対象部位へと導光する入射用ファイバ１１（照射部）と、測定対象部位において発生した蛍光を検出器１０２へと導光する出射用ファイバ１２（受光部）とを備えている。

　測定プローブ１０において、入射用ファイバ１１と出射用ファイバ１２とが一体となっている側の端部（後述する図１の先端面１４Ｉ）は、測定台１２１に設けられた穴に挿入されている。

　また、もう一方の端部では、入射用ファイバ１１と出射用ファイバ１２とが分離されており、入射用ファイバ１１は光源１０１に接続され、出射用ファイバ１２は検出器１０２に接続されている。

　これにより、測定対象部位に対して励起光を照射することができ、また、当該測定対象部位から発せられた蛍光を検出器１０２に導くことができる。このように蛍光を検出することによって、測定装置１は、血管に存在するＡＧＥｓの量を非侵襲的に測定することができる。

　なお、測定プローブ１０において、入射用ファイバ１１と出射用ファイバ１２とは、必ずしも同軸ファイバとして設けられる必要はなく、別々のファイバとして設けられてもよい。従って、測定プローブ１０の先端面１４Ｉには、照射部または受光部の一方のみが配されていてもよい。

　（光源１０１）
　光源１０１は、測定対象部位に照射される励起光を生成する光源である。この励起光は、ＡＧＥｓ由来の蛍光を検出するためのものであり、ＡＧＥｓを励起するために適した波長範囲を有している。

　光源１０１として用いられる光源の種類としては、ハロゲンまたはキセノン光源等の管球タイプのもの、発光ダイオード（日亜化学工業株式会社製、ＤＯＷＡエレクトロニクス社製等）、またはレーザダイオード等が利用可能である。

　図４は、ＡＧＥｓにおける、励起光の波長と蛍光の波長との関係を示す表である。ＡＧＥｓには、現在知られているだけでも２０ほどの種類がある。これらのＡＧＥｓの中には、励起光を照射すると蛍光を発するものがいくつかある。以下、図４を参照し、光源１０１が生成する励起光の波長範囲について説明する。

　ＣＬＦ（Collagen-Linked Fluorescence）は、コラーゲンと結合したＡＧＥｓからの蛍光を意味する。ＣＬＦは、総ＡＧＥｓ生産およびこれに付随するコラーゲン架橋の一般的な尺度として用いられる。

　ペントシジンおよびベスパーリジンはＡＧＥｓの代表的な例である。ペントシジンはペントースと等モルのリジンとアルギニンとが架橋した構造を有し、酸加水分解後に安定な蛍光性物質となる。このペントシジンは、特に糖尿病の発症や末期の腎症において増加することが報告されている。

　また、ベスパーリジンはＡＧＥ化ウシ血清アルブミン（Bovine Serum Albumin；ＢＳＡ）を酸加水分解した後、主要な蛍光性物質として単離され、２分子のリジンを架橋した構造を有している。なお、図４に示されていないＡＧＥｓとしては、グルコセパン等を例示することができる。

　図４から理解されるように、光源１０１が発する励起光の波長としては、３６５ｎｍまたはその近傍の波長が最も適している。但し、ＡＧＥｓの種類によって、好適な励起光の波長範囲は異なる。

　このため、光源１０１は、ＵＶＡの領域である３１５ｎｍ～４００ｎｍの波長範囲の励起光を発するものであることが好ましい。さらに、光源１０１は、可視光の波長領域をも含んだ３１５ｎｍ～６００ｎｍの波長範囲の励起光を発するものであることが、より好ましい。

　（検出器１０２）
　検出器１０２は、測定対象部位に励起光が照射されることによって発生した蛍光を受光し、当該蛍光の波長、および波長ごとの蛍光強度を測定する。すなわち、検出器１０２は、どの波長の蛍光がどの程度の強さで検出されたのかを検出する。

　検出器１０２としては、ＣＣＤ検出器（ＩＬＸ５１１Ｂ；ＳＯＮＹ社製）、フォトディテクタ（ＳｉＰＩＮ　フォトダイオード；浜松ホトニクス株式会社製）、ＣＭＯＳイメージセンサ等の半導体検出器、光電子倍増管（ＰＭＴ）、またはチャンネルトロン検出器等が利用可能である。

　図４から理解されるように、蛍光は励起光よりも長い波長を有している。このため、検出器１０２は、３５０ｎｍ～５００ｎｍの範囲の光を検出できるものであればよい。但し、ＡＧＥｓの種類によって、蛍光の波長は異なる。

　このため、検出器１０２は、３２０ｎｍ～９００ｎｍの範囲の光を検出できるものであることが好ましい。なお、検出器１０２は分光器を備えるものであってもよい。

　（制御装置１００）
　制御装置１００は、測定装置１の動作を統括的に制御する。具体的には、制御装置１００は、光源１０１から発せられる励起光の輝度調整、当該励起光の照射または非照射の切替制御、データの記憶、データの表示、およびデータの分析等の処理を行う。制御装置１００は、例えばＰＣ（Personal Computer）によって実現されてよい。

　また、制御装置１００は、検出器１０２から入力された検出結果（波長ごとの蛍光強度）に基づく蛍光スペクトルを、モニタ（不図示）に表示する。

　さらに、制御装置１００は、検出器１０２から入力された検出結果から、測定対象部位の血管壁に蓄積するＡＧＥｓ等の蛍光物質の蓄積量（蛍光物質量）を算出してもよい。

　制御装置１００は、算出した蛍光物質量を被験者の健康状態が分かる指標（例えば、５段階の健康状態レベル等）に変換しモニタに表示することにより、被験者にとって理解しやすい情報を提供してもよい。

　（測定プローブ１０の詳細な構成）
　次に、図１の（ａ）および（ｂ）を参照して、測定プローブ１０の詳細な構成について説明する。図１の（ａ）は、指先９０が測定台１２１に載せられている状態を示す図である。また、図１の（ｂ）は、図１の（ａ）の測定プローブ１０の先端面１４Ｉの付近の拡大図である。

　上述したように、測定プローブ１０は、石英板１５およびスリーブ１６を備えている。石英板１５の上面（測定対象部位に最も近接した面）は、指先９０の測定時に、指先９０と接触するように設けられている。また、石英板１５の下面（上面とは反対側の面）は、先端面１４Ｉと接触している。

　このため、石英板１５は、先端面１４Ｉを指先９０との接触から保護する保護部材としての役割を担う。また、石英板１５は、空気よりも高い屈折率を有している。このため、石英板１５の屈折率と先端面１４Ｉの屈折率との差は比較的小さい。

　スリーブ１６は、先端面１４Ｉを周方向に囲むように、測定プローブ１０の先端部に設けられている。スリーブ１６は、例えば透明なアクリル材料によって製作されてよい。

　そして、スリーブ１６の先端は、先端面１４Ｉよりも突出している。従って、先端面１４Ｉは、スリーブ１６の先端に比べて、指先９０からさらに離れた位置に配置されている。なお、スリーブ１６の先端の突出量の寸法（スリーブ１６の先端から先端面１４Ｉまでの距離）は、１ｍｍ程度（０．５ｍｍ～２ｍｍ）である。

　このように、スリーブ１６には、石英板１５を着脱可能に受け入れる開口部が形成されている。従って、スリーブ１６は、石英板１５を開口部の周方向において支持する支持部材としての役割を担う。

　石英板１５が設けられることにより、指先９０と先端面１４Ｉとが直接的に接触することを防止することができる。このため、先端面１４Ｉを清浄に保つことができる。

　なお、測定プローブ１０による測定を行うために、保護部材は、先端面１４Ｉから指先９０に照射される励起光、および、指先９０から発せられる蛍光を透過させる特性を有していることが必要となる。このため、石英板１５は、光透過性（透光性）を有する部材によって製作されている。

　本実施形態の測定プローブ１０では、石英板１５の厚さは１ｍｍ程度（０．５ｍｍ～２ｍｍ）である。しかしながら、石英板１５の厚さは特に限定されず、測定プローブ１０の光学的な仕様に応じて、適宜決定されてよい。なお、本実施形態の測定プローブ１０において、石英板１５は、略長方形状の断面を有する板状に形成されている。

　石英は、紫外光を吸収しない性質を有している。また、上述のように、測定装置１において、励起光としては紫外光の波長領域が用いられることが標準的である。従って、石英は、励起光を好適に透過させるので、保護部材の材料として好適であると言える。

　しかしながら、ある程度までの蛍光の強度の低下を許容するのであれば、ガラス材料または光透過性樹脂材料によって、保護部材が製作されてもよい。但し、保護部材の材料として樹脂系材料を用いる場合には、測定対象部位（人体の肌表面）に対して悪影響を及ぼさない材料を選択する必要がある。

　上述したように、石英板１５は、スリーブ１６の開口部において、着脱可能であるように設けられている。このため、被験者が交替されるごとに、石英板１５を先端面１４Ｉから取り外して交換することができる。

　このため、被験者一人一人ごとに、新しい石英板１５を用いた測定を行うことができるので、先端面１４Ｉの汚染、および当該汚染に起因する感染のリスクを抑制することができる。従って、測定プローブ１０によって、容易に衛生を確保することができる。

　（比較例としての測定プローブ１０ｃの構成）
　続いて、図５の（ａ）および（ｂ）を参照して、本実施形態の測定プローブ１０の比較例としての測定プローブ１０ｃの構成について説明する。

　図５の（ａ）は、図１の（ａ）と同様の図であり、指先９０が測定台１２１に載せられている状態を示す図である。また、図５の（ｂ）は、図１の（ｂ）と同様の図であり、図５の（ａ）の測定プローブ１０ｃの先端面１４ｃＩの付近の拡大図である。

　測定プローブ１０ｃは、実施形態１の測定プローブ１０から、石英板１５を除外することによって実現される構成である。

　測定プローブ１０ｃにおいても、実施形態１の測定プローブ１０と同様に、スリーブ１６の先端は、先端面１４ｃＩよりも突出している。このため、スリーブ１６と指先９０とを接触させた時には、先端面１４ｃＩと指先９０との間に空隙９５ｃが規定される。

　空隙９５ｃが存在することにより、先端面１４ｃＩと指先９０とは空間的に離間されている。このため、実施形態１の測定プローブ１０と同様に、先端面１４ｃＩを清浄に保つことができる。

　（比較例としての測定プローブ１０ｃにおいて生じ得る問題）
　続いて、図６を参照して、比較例としての測定プローブ１０ｃにおいて生じ得る問題について説明する。当該問題は、本願の発明者らの検討によって新たに見出されたものである。

　図６は、従来の測定プローブによって被検体（蛍光板）を測定した場合の蛍光強度の波形（スペクトル）と、測定プローブ１０ｃによって被検体を測定した場合の蛍光強度の波形とのそれぞれを示すグラフである。

　図６のグラフにおいて、横軸は波長を表し、縦軸は蛍光強度を表している。横軸の単位はｎｍであり、縦軸の単位は任意単位（ａ．ｕ．）である。

　上述のように、測定プローブ１０ｃによって被検体を測定した場合には、空隙９５ｃが存在することによって、先端面１４ｃＩと被検体とは空間的に離間されている。他方、従来の測定プローブによって被検体を測定した場合には、測定プローブの先端面と測定対象部位とは直接的に接触している。

　つまり、従来の測定プローブによる測定は、空隙が存在していない場合の測定に相当する。図６において、当該測定結果は、「空隙なし」のグラフとして示されている。他方、測定プローブ１０ｃによる測定は、空隙が存在している場合の測定に相当する。図６において、当該測定結果は、「空隙あり」のグラフとして示されている。

　「空隙なし」のグラフに示されている測定結果（従来の測定プローブによる測定結果）では、波長５１０ｎｍ付近に蛍光強度のピーク波長が確認された。また、歪みの少ない蛍光強度の波形が得られた。

　他方、「空隙あり」のグラフに示されている測定結果（測定プローブ１０ｃによる測定結果）では、波長４９０ｎｍ付近に蛍光強度のピーク波長が確認された。また、歪みの大きい蛍光強度の波形が得られた。

　すなわち、空隙が存在している場合の測定では、空隙が存在していない場合の測定に比べて、（ｉ）蛍光強度のピーク波長がずれ、かつ、（ｉｉ）蛍光強度の波形に歪みが生じるという問題が生じていることが明らかになった。

　この問題は、測定プローブ１０ｃにおいて、空隙９５ｃが、（ｉ）先端面１４ｃＩから被検体の内部（実際には生体の内部）に照射される励起光の光路上、および、（ｉｉ）先端面１４ｃＩにおいて受光される被検体の内部からの蛍光の光路上に存在するために生じている。すなわち、空隙９５ｃの屈折率が先端面１４ｃＩの屈折率とは有意に異なることにより、当該屈折率の差に起因して、光の散乱または屈折による迷光が生じる。

　このため、測定プローブ１０ｃによる測定では、上述の当該屈折率の差異に起因した迷光が生じることにより、蛍光強度の波形を好適に測定することができないという問題が生じる。

　なお、上述のように、励起光が短波長であることが一般的である。このため、励起光の伝搬速度が相対的に遅くなることも、測定精度の低下の一要因であるとも考えられる。

　（測定プローブ１０の効果）
　続いて、図７を参照し、本実施形態の測定プローブ１０の効果について説明する。図７は、様々な測定条件において被検体（蛍光板）を測定した場合の蛍光強度の波形を示すグラフである。

　図７のグラフにおいて、横軸は波長を表し、縦軸は蛍光強度を表している。横軸の単位はｎｍであり、縦軸の単位はカウント数（ｃｏｕｎｔｓ）である。

　図７において、「参照」として示されているグラフは、従来の測定プローブによって被検体を測定した場合の蛍光強度の波形を示している。

　また、「石英板あり」として示されているグラフは、測定プローブ１０によって被検体を測定した場合の蛍光強度の波形を示している。なお、図７の測定において、石英板１５の厚さは０．５ｍｍとした。

　なお、「ジェル状物質あり」として示されているグラフ、および「石英板およびジェル状物質あり」として示されているグラフについては、後述の実施形態３において説明する。

　図７に示されている各グラフの測定には、測定装置１を用いた。光源１０１としては、ＮＣＳＵ０３３Ｂ（Ｔ）（日亜化学工業株式会社製）を、検出器１０２としては、ＳＥＣ－２０００（ＡＬＳ株式会社製）を用いた。また、励起光の光強度は、２５３ｍＷ／ｃｍ^２とした。また、被検体としての蛍光板は、経時的な蛍光強度の低減がない標準試料によって製作されている。

　図７の「参照」のグラフに示されているように、従来の測定プローブによって被検体を測定した場合には、図６と同様に、波長５１０ｎｍ付近にピークを有する、歪みの少ない蛍光強度の波形が得られた。

　さらに、図７の「石英板あり」のグラフに示されているように、測定プローブ１０によって被検体を測定した場合にも、「参照」のグラフと同様に、波長５１０ｎｍ付近に蛍光強度のピーク波長が確認された。また、歪みの少ない蛍光強度の波形が得られた。

　すなわち、測定プローブ１０によれば、衛生的な使用を目的として、測定対象部位である指先９０と、先端面１４Ｉとを離間した構成においても、従来の測定プローブと同様に、蛍光強度の波形を好適に測定することができる。

　これは、上述のように、測定プローブ１０の先端面１４Ｉに設けられた石英板１５が、空気に比べて高い屈折率を有しているためである。石英板１５の屈折率と先端面１４Ｉの屈折率との差は比較的小さいため、当該構成によって、先端面１４Ｉと被検体との間の光路に生じる迷光が抑制される。

　従って、本実施形態の測定プローブ１０によれば、（ｉ）容易に衛生を確保することができ、かつ、（ｉｉ）先端面１４Ｉと被検体との間の光路に生じる迷光を抑制することができるという効果を奏する。

　なお、図７の「石英板あり」のグラフは、被検体と石英板１５の上面（測定対象部位に最も近接した面）との間に空気層をなるべく介在させないように、被検体の表面状態、測定位置、および被検体と石英板１５の上面との接触状態にできるだけ配慮した測定結果として得られたものである。

　このため、図７の「石英板あり」のグラフは、空気層の存在による迷光の影響が、特に好適に抑制されている場合の測定結果を示すものと言える。このように、石英板１５を設けることにより、蛍光強度の波形を好適に測定することができる。

　また、図７の「石英板あり」のグラフでは、「参照」のグラフに比べて、より大きな蛍光強度が得られている。これは、上述の測定条件下では、空気よりも高い屈折率を有する石英板１５が、光を集光する光学部材としての機能を果たすためであると考えられる。

　すなわち、石英板１５が存在することにより、石英板１５が存在しない場合に比べて、より広い角度範囲から、先端面１４Ｉに向かう蛍光を集光できるために、より大きな蛍光強度が測定されたものと考えられる。

　しかしながら、石英板１５の厚さをある程度以上大きくした場合には、測定される蛍光強度が低下することが、実験的に確認された。例えば、石英板１５の厚さを２．０ｍｍとした場合には、「参照」のグラフに比べて、蛍光強度が４０％程度まで低下することが確認された。

　このため、石英板１５の厚さは、ある程度の値以下（例えば、２．０ｍｍ以下）までに留めることが好ましいと考えられる。当該厚さの上限値は、測定プローブ１０の光学的な仕様に応じて、測定強度の実験データに基づいて適宜決定されてよい。

　〔実施形態２〕
　本発明の他の実施形態について、図８に基づいて説明すれば、以下の通りである。なお、説明の便宜上、前記実施形態にて説明した部材と同じ機能を有する部材については、同じ符号を付記し、その説明を省略する。

　（測定プローブ２０の詳細な構成）
　次に、図８の（ａ）および（ｂ）を参照して、本実施形態の測定プローブ２０の詳細な構成について説明する。図８の（ａ）は、測定プローブ２０の先端面２４Ｉ付近の拡大図である。また、図８の（ｂ）は、測定プローブ２０のアタッチメント機構の分解組立図である。

　測定プローブ２０は、石英板２５（保護部材）、スリーブ２６（支持部材，第１支持部材）、およびキャップ２７（支持部材，第２支持部材）を備えている。

　石英板２５は、先端面２４Ｉと接触するように設けられている。石英板２５は、実施形態１の石英板１５と同様に、先端面２４Ｉを測定対象部位との接触から保護する保護部材としての役割を担う。本実施形態では、石英板２５は、直径５ｍｍ、厚さ１ｍｍの略円盤状である。

　また、スリーブ２６は、先端面２４Ｉの一部を周方向に囲むように、測定プローブ２０の先端部に設けられている。スリーブ２６には、石英板２５を着脱可能に受け入れる開口部が形成されている。

　さらに、キャップ２７は、先端面２４Ｉの周方向の全体、および、スリーブ２６の上面（測定対象部位に最も近接した面）を被覆するように、測定プローブ２０の先端部に設けられている。キャップ２７の先端は、先端面２４Ｉよりも突出している。

　キャップ２７は、スリーブ２６に対して移動可能に配され、石英板２５とスリーブ２６との相対位置関係を固定する役割を担う。スリーブ２６およびキャップ２７は、例えば透明なアクリル材料によって製作されてよい。

　測定プローブ２０では、スリーブ２６およびキャップ２７が、石英板２５を開口部の周方向において支持する支持部材として機能する。測定プローブ２０では、キャップ２７が付加的な支持部材として設けられることにより、実施形態１の測定プローブ１０に比べて、石英板２５をより安定して固定することができる。

　このため、測定プローブ２０を反対の方向に向けても、石英板２５の位置ずれが生じることを防止できる。このため、測定対象部位の向きによって、蛍光強度の測定精度が低下する可能性を低減することができる。すなわち、先端面２４Ｉを任意の方向に向けた場合においても、好適に測定を行うことができる。

　さらに、キャップ２７が存在することによって、石英板２５と先端面２４Ｉとの界面に、局所的な空気層（空隙）が介在する可能性を低減することができる。これにより、迷光の発生を抑制することができる。

　また、迷光の発生をさらに抑制するためには、石英板２５と測定対象部位との界面に、局所的な空気層を介在させないように、石英板２５を測定対象部位の表面に接触させることが好ましい。

　このため、（ｉ）石英板２５の上面とキャップ２７の上面とが同一の面となるように、または、（ｉｉ）石英板２５の上面がキャップ２７の上面よりも、さらに突出するように、測定プローブ２０の構造を設計することが好ましい。

　また、石英板２５の外縁部には、傾斜構造（テーパ形状）が設けられている。同様に、キャップ２７においても、石英板２５の端部と係合可能となるように、内縁部にテーパ形状が設けられている。

　換言すれば、石英板２５の外縁部およびキャップ２７の内縁部には、互いに対応する角度によって傾斜する傾斜面が形成されている。より具体的には、石英板２５の外縁部およびキャップ２７の内縁部には、それぞれ傾斜面が形成されており、当該傾斜面において石英板２５とキャップ２７とが接触（密着）するように当該傾斜面の角度が規定されている。

　これにより、石英板２５とキャップ２７とがより確実に係合されるため、石英板２５を一層安定して固定することができる。

　なお、キャップ２７が設けられない場合には、スリーブ２６の内縁部に、石英板２５の端部と係合するための傾斜面が設けられればよい。

　さらに、図８の（ｂ）に示されているように、下側から順に、スリーブ２６、石英板２５、およびキャップ２７を組み立てることによって、測定プローブ２０の先端部に対して着脱可能なアタッチメント機構２８を構成してもよい。

　なお、キャップ２７が設けられない場合には、スリーブ２６と石英板２５とを組み立てることによって、当該アタッチメント機構が構成されてもよい。

　アタッチメント機構２８もまた、実施形態１の石英板１５と同様に、被験者が交替されるごとに、測定プローブ２０の先端部から取り外して交換することができる。このため、被験者一人一人ごとに、新しいアタッチメント機構２８を用いた測定を行うことができるので、容易に衛生を確保することができる。

　特に、アタッチメント機構２８を交換することにより、キャップ２７も同時に交換されるため、測定対象部位と接触する可能性があるキャップ２７の上面の衛生を確保することができる。

　また、アタッチメント機構２８を交換する作業は、石英板１５を交換する作業に比べて、より容易である。このため、測定プローブ２０のユーザの利便性が向上するという利点がある。従って、アタッチメント機構２８のみが、測定プローブ２０の交換パーツとして、ユーザに提供されてもよい。

　〔実施形態３〕
　本発明の他の実施形態について、図９に基づいて説明すれば、以下の通りである。なお、説明の便宜上、前記実施形態にて説明した部材と同じ機能を有する部材については、同じ符号を付記し、その説明を省略する。

　（測定プローブ３０の詳細な構成）
　次に、図９の（ａ）および（ｂ）を参照して、本実施形態の測定プローブ３０の詳細な構成について説明する。本実施形態の測定プローブ３０は、実施形態２の測定プローブ２０に、ジェル状物質３５（粘性材料、充填材）をさらに付加することによって実現される構成である。

　図９の（ａ）は、測定プローブ３０の先端面２４Ｉ付近の拡大図であり、キャップ２７によって石英板２５が固定される前の状態を示す図である。また、図９の（ｂ）は、キャップ２７によって石英板２５が固定された後の状態を示す図である。

　図９の（ａ）に示されているように、ジェル状物質３５は、石英板２５の上に配置される。図９の（ａ）では、石英板２５の外縁部付近に、２つの粒状のジェル状物質３５が周方向に配置された構成が例示されている。

　そして、図９の（ｂ）に示されるように、石英板２５を固定するために、キャップ２７が押下されることにより、ジェル状物質３５がキャップ２７によって押圧される。これにより、ジェル状物質３５が石英板２５の上面全体に展延される。測定プローブ３０による測定は、図９の（ｂ）に示された状態において行われる。

　（ジェル状物質３５）
　ジェル状物質３５は、測定プローブ３０において迷光の発生をさらに抑制するために設けられた、粘性を有する部材である。ジェル状物質３５としては、例えば、水を主成分とする低い粘性を有する材料が挙げられる。ジェル状物質３５の粘度の値は、70,000ｃＰ（センチポアズ）以上450,000ｃＰ以下、好ましくは70,000ｃＰ以上150,000ｃＰ以下である。また、当該値は、100,000ｃＰ程度であることが好ましい。

　また、ジェル状物質３５の屈折率は、空気の屈折率に比べて、石英板２５の屈折率により近い。以下、ジェル状物質３５の機能について説明する。

　石英板２５は剛性が高く、測定対象部位として、皮膚のような曲面を有する部位を測定する場合には、測定対象部位との間に空気層（空隙）が生じやすい。

　例えば、指先９０を測定対象部位とする場合には、第一関節部分と石英板２５との間に空気層が生じる可能性が考えられる。また、指先９０に傷がある場合にも、当該傷の部分と石英板２５との間に空気層が生じる可能性が考えられる。このため、上述のように、局所的な空気層が介在することによって、迷光が生じる恐れがある。

　本実施形態の測定プローブ３０では、粘性を有するジェル状物質３５が、測定対象部位と石英板２５との間の空気層に流入する。このため、当該空気層がジェル状物質３５によって充填されることにより、局所的な空気層が生じることを防止することができる。

　本実施形態では、ジェル状物質３５として、日立アロカメディカル株式会社製のエコーゼリーを用いた。なお、ジェル状物質３５としては、タキロン株式会社製のソナゲル等のジェルパッドを用いてもよい。

　また、ジェル状物質３５としては、シリコーンオイル、シリコーンゴム等を用いてもよい。換言すれば、ジェル状物質３５は、（ｉ）空気の屈折率に比べて、石英板２５の屈折率により近い屈折率を有し、（ｉｉ）測定対象部位の表面と石英板２５の表面との間に空気層が生じた場合に、当該空気層に充填可能な充填材（その空気層に充填可能な程度の粘性を有する材料）からなっていればよい。当該条件を満たすのであれば、ジェル状物質３５の粘度の値は、必ずしも上記範囲内である必要はない。但し、測定対象部位（人体の肌の表面）へのジェル状物質３５の接触を考慮すると、肌への悪影響を及ぼさないエコーゼリーを、ジェル状物質３５として用いることが好ましいと言える。

　本実施形態では、キャップ２７によってジェル状物質３５を押圧することによって、ジェル状物質３５を石英板２５の上面に展延させる構成が例示されている。これにより、ジェル状物質３５は、石英板２５の上面を覆うように配置される。

　なお、石英板２５の上面をジェル状物質３５によって覆う方法は、他の方法であってもよい。例えば、ジェル状物質３５を石英板２５の上面にあらかじめ塗布してもよい。

　また、ジェル状物質３５を測定対象部位に塗布することによって、石英板２５の上面と測定対象部位とが接触する時に、ジェル状物質３５が石英板２５の上面を覆うようにしてもよい。

　なお、石英板２５の上面は、ジェル状物質３５によって覆われることが可能となるように、ある程度以上の広さの面積を有するように形成されることが好ましい。また、石英板２５の上面は、ジェル状物質３５によって覆われることが可能となるように、平坦な面として形成されることが好ましい。

　以下、エコーゼリーをジェル状物質３５として用いる場合について説明する。エコーゼリーは、一般に、超音波を用いた診断において、超音波の伝播性を向上させるために被験者の皮膚に塗布されるものである。

　空気の固有音響インピーダンスは、水に比べて約３６００分の１程度と小さいため、わずかな空気層が存在する場合であっても、他の物質との固有音響インピーダンスの違いにより超音波の伝播性（音の透過率）が悪化する。

　エコーゼリーは、水分を主成分（７０～８０％程度）とし、グリセリン等を１５％程度、パラオキシ安息香酸メチル等を１％以下程度含んでいる。このため、生体に近い固有音響インピーダンスを有するゼリー状の物質であるエコーゼリーを被験者の皮膚に塗布することにより、超音波プローブと被験者の体内との間の超音波の伝搬性が向上する。

　これに対して、本実施形態では、光の屈折率の差に起因する迷光を抑制するために、エコーゼリーが用いられている。

　ここで、エコーゼリーに含まれる各物質の絶対屈折率の具体的な値を例示すると、
　　・空気（０℃，１気圧）…１．０００２９２
　　・水（２０℃）　　　　…１．３３３４
　　・石英ガラス　　　　　…１．５４３
　　・グリセリン　　　　　…１．４７４６
である。

　このため、エコーゼリーと石英板２５との屈折率の差は、空気と石英板２５との屈折率の差よりも小さくなる。従って、測定プローブ３０を用いて測定を行う場合に、測定対象部位にエコーゼリーを塗布することによって、迷光の発生が抑制される。それゆえ、測定プローブ３０による測定精度の向上がもたらされる。

　上述のように、エコーゼリーは、本来、超音波診断における超音波の伝搬性の確保を目的として利用される物質である。従って、エコーゼリーの本来の用途（換言すれば、目的および作用効果）は、上述のジェル状物質３５とは異なっている。

　しかしながら、本願の発明者らは、測定プローブ３０において生じ得る迷光を抑制するために、石英板２５の上面を覆うジェル状物質３５として、エコーゼリーを利用することができることを見出した。

　なお、ジェル状物質３５は、カプセル状に形成されてもよい。また、キャップ２７の横から、ジェル状物質３５を石英板２５の上面に注入できるように、測定プローブ３０を構成してもよい。

　（測定プローブ３０の効果）
　続いて、図７を再び参照し、本実施形態の測定プローブ３０の効果について説明する。

　図７において、「ジェル状物質あり」として示されているグラフは、従来の測定プローブの先端面（測定対象部位との接触面）にエコーゼリーを塗布し、従来の測定プローブによって被検体を測定した場合の蛍光強度の波形を示している。

　また、「石英板およびジェル状物質あり」として示されているグラフは、測定プローブ３０によって被検体を測定した場合の蛍光強度の波形を示している。なお、図７の測定において、石英板２５の厚さは０．５ｍｍとした。

　図７の「ジェル状物質あり」のグラフに示されているように、測定プローブの先端面にエコーゼリーを塗布した場合には、「参照」のグラフとほぼ同様の波形が得られた。従って、測定プローブの先端面にエコーゼリーを塗布することによっても、蛍光強度が減少するなどの測定上の悪影響は生じないと言える。

　従って、本実施形態の測定プローブ３０によっても、（ｉ）容易に衛生を確保することができ、かつ、（ｉｉ）先端面２４Ｉと被検体との間の光路に生じる空気層に起因する迷光を抑制することができるという効果を奏する。

　また、ジェル状物質３５を用いることにより、石英板２５と測定対象部位との間の空気層の体積を低減させるために、石英板２５の形状を特殊なものにする必要が生じない。このため、例えば、石英板２５の上面をレンズ状の曲面形状とする必要がない。これにより、石英板２５の設計および製造コストを抑制することが可能となる。

　なお、図７の「石英板およびジェル状物質あり」のグラフでは、「ジェル状物質あり」のグラフに比べて、より大きな蛍光強度が得られている。このことは、上述のように、石英板２５が光を集光する光学部材としての機能を果たしたためであると考えられる。

　〔実施形態４〕
　なお、測定プローブにジェル状物質３５をさらに付加することによって実現される構成は、必ずしも実施形態３の測定プローブ３０の構成のみに限定されない。

　例えば、図１０の（ａ）および（ｂ）のそれぞれに示される構成によって、測定プローブを実現してもよい。

　図１０の（ａ）は、本実施形態の測定プローブの第１の例としての測定プローブ３０ａ詳細な構成を示す図である。また、図１０の（ｂ）は、本実施形態の測定プローブの第２の例としての測定プローブ３０ｂの詳細な構成を示す図である。

　なお、測定プローブ３０ａは、実施形態３の測定プローブ３０の第１の変形例として理解されてよい。また、測定プローブ３０ｂは、実施形態３の測定プローブ３０の第２の変形例として理解されてよい。

　測定プローブ３０ａは、測定プローブ３０において、（ｉ）石英板２５を、実施形態１の測定プローブ１０の石英板１５に置き換え、かつ、（ｉｉ）キャップ２７を、キャップ３７に置き換えることによって実現される構成である。

　石英板１５では、外縁部にテーパ形状が設けられていないため、キャップ３７もまた、内縁部にテーパが設けられない形状として製作されている。

　また、測定プローブ３０ｂは、測定プローブ３０ａにおいて、（ｉ）スリーブ２６を、実施形態１のスリーブ１６に置き換え、かつ、（ｉｉ）キャップ３７を除外することによって実現される構成である。

　換言すれば、測定プローブ３０ｂは、実施形態１の測定プローブ１０に、ジェル状物質３５を付加することによって実現される構成である。

　測定プローブ３０ａおよび３０ｂにおいても、石英板１５とジェル状物質３５とが設けられることによって、迷光を好適に抑制することができる。

　〔変形例〕
　なお、上述の実施形態３および４では、キャップ（２７または３７）によって石英板（２５または１５）を固定しているので、石英板と測定プローブの先端面との接触部分には、迷光を引き起こす原因となる空気層が形成されにくい。

　しかしながら、当該空気層の形成をより確実に抑制するために、石英板と測定プローブの先端面とが接触する界面を、ジェル状物質３５によって覆ってもよい。

　〔付記事項〕
　本発明は上述した各実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。さらに、各実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を組み合わせることにより、新しい技術的特徴を形成することができる。

　本発明は、生物試料内の蛍光物質から生じる蛍光を受光する測定プローブに利用することができる。

　１　測定装置
　１０，２０，３０，３０ａ，３０ｂ　測定プローブ
　１１　入射用ファイバ（受光部）
　１２　出射用ファイバ（照射部）
　１４Ｉ　先端面
　１５，２５　石英板（保護部材）
　１６，２６　スリーブ（支持部材，第１支持部材）
　２７，３７　キャップ（支持部材，第２支持部材）
　２８　アタッチメント機構
　３５　ジェル状物質（充填材）
　９０　指先（生物試料）
　１０１　光源
　１０２　検出器（検出部）

Claims (7)

1. 　生物試料に対して励起光を照射することによって生じた蛍光を受光する測定プローブであって、
   　上記励起光を照射する照射部と、
   　上記蛍光を受光する受光部と、
   　上記照射部または上記受光部の先端部に配された支持部材と、
   　上記照射部または上記受光部の先端面に配された透光性の保護部材と、を備え、
   　上記支持部材には、上記保護部材を着脱可能に受け入れる開口部が形成されていることを特徴とする測定プローブ。
2. 　上記支持部材は、
   　上記先端部に配された第１支持部材と、
   　上記第１支持部材に対して移動可能に配され、上記保護部材と上記第１支持部材との相対位置関係を固定する第２支持部材と、を含むことを特徴とする請求項１に記載の測定プローブ。
3. 　上記保護部材の外縁部および上記開口部の内縁部には、それぞれ傾斜面が形成されており、当該傾斜面において上記保護部材と上記開口部とが接触するように当該傾斜面の角度が規定されていることを特徴とする請求項１または２に記載の測定プローブ。
4. 　上記保護部材の表面と、上記生物試料の表面との間に生じた空隙に充填可能な充填材によって上記空隙を満たした場合に、
   　上記保護部材は、空気よりも高い屈折率を有しており、
   　上記充填材の屈折率は、空気の屈折率に比べて、上記保護部材の屈折率により近いことを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の測定プローブ。
5. 　上記保護部材は、石英板であることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の測定プローブ。
6. 　請求項１から５のいずれか１項に記載の測定プローブと、
   　上記励起光を生成する光源と、
   　上記蛍光の波長の蛍光強度を検出する検出部と、を備えることを特徴とする測定装置。
7. 　請求項１から５のいずれか１項に記載の測定プローブを構成するアタッチメント機構であって、
   　上記保護部材と上記支持部材とを備えていることを特徴とするアタッチメント機構。

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